Tuyến cao tốc tổng chiều dài 15,2km hiện có 4 làn xe sẽ mở rộng thành 6 làn xe và hoàn thành vào năm 2027.
Dự án mở rộng 2 làn xe bên trái đường hiện hữu, bề rộng nền đường mở rộng 15,25m (đảm bảo quy mô hoàn thiện 6 làn xe, bề rộng nền đường 32,25m) với vận tốc thiết kế (100 - 120) km/h. Hướng tuyến được giữ nguyên theo hướng tuyến giai đoạn phân kỳ đã đầu tư xây dựng.
Trên tuyến cao tốc có tổng số 7 cầu, trong đó, 3 cầu (cầu Nam Bình, cầu Đông Thịnh, cầu Mai Sơn) đã được đầu tư, đảm bảo quy mô 6 làn xe, bổ sung lớp tạo nhám trên mặt cầu. Đối với 4 cầu (cầu Cao Bồ, cầu Cẩm, cầu vượt QL10, cầu Quán Vinh) xây dựng bổ sung đơn nguyên cầu phía trái tuyến để đảm bảo quy mô 6 làn xe.
Ngoài ra, hệ thống giao thông thông minh (ITS) cũng được đầu tư theo các tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật hiện hành. Việc quản lý, điều hành được điều khiển tập trung tại Trung tâm quản lý điều hành giao thông của tuyến đường ô tô cao tốc đoạn Mai Sơn - QL45 hoặc Trung tâm Quản lý điều hành giao thông tuyến đường ô tô cao tốc khác cho phù hợp. Bên cạnh đó bố trí hệ thống kiểm tra tải trọng xe tại các điểm có làn nhập vào cao tốc, bố trí làn quay đầu xe.
Cao tốc Cao Bồ - Mai Sơn dài khoảng 15,2km thuộc dự án đường cao tốc Bắc - Nam phía Đông giai đoạn 2017 - 2020 đã hoàn thành, đưa vào khai thác trong năm 2022 với quy mô đường cao tốc 4 làn xe hạn chế, nền đường rộng 17m. Dự án đã giải phóng mặt bằng với quy mô quy hoạch 6 làn xe.
Tháng 8/2023, Sở GTVT tỉnh Ninh Bình đề xuất Bộ GTVT mở rộng cao tốc Cao Bồ - Mai Sơn lên 6 làn xe. Lý do là sau khi đưa vào khai thác, đoạn cao tốc này với 4 làn xe đã bộc lộ nhiều bất cập, thường xảy ra tắc nghẽn vào dịp lễ, Tết.
Dự án mở rộng cao tốc Cao Bồ - Mai Sơn có điểm đầu kết nối với đường cao tốc Cầu Giẽ - Ninh Bình thuộc địa phận xã Yên Bằng, huyện Ý Yên, tỉnh Nam Định. Điểm cuối dự án kết nối với dự án thành phần đầu tư xây dựng đoạn Mai Sơn - QL45 nằm trong dự án xây dựng một số đoạn đường bộ cao tốc trên tuyến Bắc - Nam phía Đông giai đoạn 2017 - 2020, thuộc địa phận xã Mai Sơn, huyện Yên Mô, tỉnh Ninh Bình.